CDC8600

CDC 8600 は、シーモア・クレイがControl Data Corporationに勤務していた時代に設計したスーパーコンピュータの最後のものです。CDC 6600とCDC 7600の後継機として、8600 は当時すでに市場最速のコンピュータであった 7600 の約 10 倍の速度を目指して設計されました。設計は基本的に 4 台の 7600 を非常に小さなシャーシに詰め込み、より高いクロック速度で動作できるようにしました。

開発は 7600 の発売直後の 1968 年に開始されましたが、プロジェクトはすぐに行き詰まり始めました。システムの高密度実装により、深刻な信頼性の問題が生じ、個々のコンポーネントの冷却が困難になりました。1971 年までに、CDC は資金繰りの問題を抱え、設計は依然としてまとまらず、Cray は 1972 年に同社を去りました。8600 の設計作業は最終的に 1974 年に中止され、Control Data はCDC STAR-100シリーズに移行しました。

Cray は1980 年代初頭にCray-2で 8600 の基本設計を再検討しました。集積回路の導入により高密度パッケージの問題が解決され、液体冷却により熱の問題も解決されました。Cray-2 は物理的にも概念的にも 8600 と非常によく似ています。

1960 年代のコンピュータ設計は、電子部品 (トランジスタ、抵抗器など)を回路基板に取り付けるというものでした。複数の基板が、モジュールと呼ばれるマシンの個別の論理要素を形成していました。マシン全体のサイクル速度は信号経路 (配線の長さ) に大きく関係しており、高速コンピュータではモジュールをできるだけ小さくする必要がありました。これは、モジュール自体を複雑にして機能性を高める必要性と矛盾していました。1960 年代後半までに、個々のコンポーネントの小型化は止まったため、マシンの複雑さを増すには、モジュールを大きくする必要がありました。理論的には、これにより信号遅延のためにマシンの速度が低下する可能性がありました。

クレイは、これらの矛盾した問題を解決するために、各モジュールを大きくしてより多くの部品を詰め込むと同時に、モジュールをマシン内で密集させてコンピュータ全体を小型化することを目指した。7600 が開発されてから 8600 の開発が始まるまでの間、部品自体のプロセス改善は行われていなかったため、パフォーマンスの改善はパッケージングのみで実現する必要があった。^[1]新しい設計では、約 8 インチ x 6 インチの 4 層回路基板 8 枚を含むモジュールが使用され、その結果、大きな教科書ほどの大きさのスタックとなり、約 3 キロワットの電力を消費した。次に、モジュールは、比較的小型のメインフレーム シャーシに詰め込まれ、直径と高さが約 1 メートル (3 フィート) の 16 面体の円筒形で、電源のリングの上に置かれた。提案された設計は、後のクレイ 2に非常に似ているが、さらに短く、直径が小さい。^[2]

これほどの電力がこれほど小さなスペースで消費されるため、冷却が設計上の大きな課題となりました。Cray の冷凍エンジニアで、元Amanaの Dean Roush は、各回路基板の内側に銅板を配置し、片方の端にある銅ブロックに熱を逃がし、そこでフレオンシステムによって冷却しました。これにより、モジュールの重量と複雑さがさらに増し、各モジュールの重量が約 15 ポンド (6.8 kg) になりました。外部の冷却システムは、マシン自体よりもかなり大きかったです。

電子部品も、以前の設計に比べて同様に改良されました。CPUのメイン回路はECLベースのロジックに移行し、クロック速度を7600 の 36.4 MHz (サイクル時間 27.5 ns) から 125  MHz (サイクル時間 8 ns)に上げ、約 4 倍に増加しました。メイン メモリも ECL 実装に移行し、マシンには当時としては驚異的な 256k ワード (2 メガバイト) の標準が装備されました。設計では、メモリを 64 のバンクに分散して、1 つのバンクのサイクル時間は約 250 ns でしたが、約 8 ns/ワードで高速アクセスできるようにしました。半導体メモリのバックアップとして、20 ns アクセス (全体) の高速コア メモリも設計されました。    

クレイは、8600 にメイン メモリを共有する 4 つの完全な CPU を搭載することを決定しました。全体的なスループットを向上させるために、マシンは、異なるデータを持つ 1 つの命令を 4 つのプロセッサすべてに送信する特別なモードで動作できます。今日SIMDとして知られるこの手法では、命令が 4 回ではなく 1 回だけ読み込まれるため、メモリ アクセスの総数が削減されました。各プロセッサは 7600 の約 2.5 倍高速であるため、4 つすべてが稼働すると、マシン全体の速度は約 10 倍、つまり約 100 MFLOPS になります。

政府は、今後購入するコンピュータはすべてASCII処理を必要とすることを明確にした。^[1]この要件を満たすために、8600では、6600と7600で使用されていた以前の60ビットワード（6ビット文字10個）ではなく、 64ビットワード（8ビット文字8個）を使用した。以前の設計と同様に、命令はワードに「詰め込まれ」、各命令は16ビットまたは32ビット（15/30から増加）を占める。8600では、以前の設計のようにAレジスタまたはBレジスタを使用しなくなり、代わりに16個の汎用Xレジスタのセットが含まれていた。6600/7600周辺プロセッサシステムがI/Oに使用され、ほとんど変更されなかった。

古いマシンと8600の互換性を保つためにいくらか努力が払われたが、ワード長の変更によりこれは困難となった。代わりに浮動小数点形式が保持され、 Fortranコードを直接移植することができた。^[1]

1971 年、コントロール データ社はIBMとの訴訟費用のために「緊縮財政」を行っており、すべての部門に給与を 10% 削減するよう要請しました。クレイはコントロール データ社に、自分の部門を免除して 8600 の出荷を受けられるように懇願しました。コントロール データがこの要求を拒否すると、クレイは問題を解決するために 自分の給与を最低賃金まで削減しました。

1972 年までに、8600 の場合、クレイの伝説的なモジュール設計能力さえも役に立たなくなっていたように見えました。信頼性が非常に低く、マシン全体を動作させることは不可能に思えました。これは、これが初めて起こったことではありませんでした。6600 プロジェクトでは、クレイは最初からやり直さなければなりませんでしたし、7600 は、信頼性のある動作を始めるまでにしばらく生産されていました。この場合、クレイは、現在の設計は行き詰まりであると判断し、ウィリアム ノリス(CDC の CEO) に、マシンを最初から再設計する以外に前進する方法はないと言いました。会社の財政は危険であり、ノリスはリスクを負うことはできないと判断しました。クレイは、現在の設計を継続する必要がありました。

1972 年、クレイはこのような状況では仕事ができないと判断し、CDC を離れ、クレイ リサーチを設立しました(これは円満な退職でした。ノリスと他の CDC スタッフはクレイ コンピュータの最初の株式公開の一部を購入し、それが彼らにとって有利な投資となりました)。彼は新しい仕事のためにマルチプロセッサの概念を放棄しました。当時のソフトウェアでは CPU を最大限に活用できないのではないかと懸念したためです。この結論に至ったのは、ILLIAC IV がほぼ同時期にようやく運用を開始し、期待外れのパフォーマンスだったことがわかったためかもしれません。

チームメンバーは、クレイなしでも 8600 を完成させることができるとノリスを説得し、チッペワ研究所で作業が続けられました。1974 年になっても、マシンはまだ正常に動作しませんでした。ジム・ソーントンの競合STAR設計はこの時点で生産品質に達していたため、8600 プロジェクトは中止されました。運用中の STAR は実用上パフォーマンスが低いことが判明し、 1976 年にクレイ 1 が市場に投入されると、CDC はすぐにスーパーコンピュータ市場から追い出されました。1980 年代にETA-10で市場に再参入する努力がなされましたが、これはうまくいきませんでした。

• ゴードン・ベルはプロジェクトの開始を 1968 年としているが、旧クレイ博物館に唯一記されているのは 1970 年だったということだ。
• 引用されているメモリ速度は大きく異なり、半導体のサイクルタイムが 22 ns、コアのサイクルタイムが 20 ns であると示唆する情報源もあれば、この記事で使用されているより高い数値を示唆する情報源もあります。また、コア メモリがバックアップとして設計されたのか、半導体メモリが後から登場したのかは明らかではありません。

• リンカーン、ニール (1975)。コントロール データ コーポレーションにおけるコンピュータ アーキテクチャとコンピュータ設計の回想(技術レポート)。チャールズ バベッジ研究所。

• CDC 8600 特許
• 1972 年 8 月 8600 リファレンス マニュアル (bitsavers.org)
• CDC 8600 - 基本的なシステム概要およびその他の情報